Earth Science (Svenska)

Lektionsmål

• definiera skillnaden mellan absolut ålder och relativ ålder.
• beskriva fyra metoder för absolut dejting.
• förklara vad radioaktivitet är och ge exempel på radioaktivt sönderfall.
• förklara hur sönderfallet av radioaktiva material bidrar till att fastställa ett objekts ålder.
• uppskatta ett objekts ålder, med tanke på halveringstiden och mängden radioaktivt material och dottermaterial.,
• ge fyra exempel på radioaktiva material som används hittills objekt, och förklara hur varje används.

trädringar

i regioner utanför tropikerna växer träden snabbare under de varma sommarmånaderna än under den kallare vintern. Detta mönster av tillväxt resulterar i alternerande band av ljusfärgad, låg densitet ”tidigt trä” och mörk, hög densitet ”sen Trä”. Varje mörkt band representerar en vinter; genom att räkna ringar är det möjligt att hitta trädets ålder (figur 11.22)., Bredden på en serie tillväxtringar kan ge ledtrådar till tidigare klimat och olika störningar som skogsbränder. Torka och andra variationer i klimatet gör att trädet växer långsammare eller snabbare än normalt, vilket dyker upp i bredden på trädringarna. Dessa träd ring variationer kommer att visas i alla träd som växer i en viss region, så forskare kan matcha upp tillväxt ringar av levande och döda träd. Med hjälp av stockar som återvunnits från gamla byggnader och gamla ruiner har forskare kunnat jämföra trädringar för att skapa en kontinuerlig registrering av trädringar under de senaste 2000 åren., Detta träd ring rekord har visat sig vara mycket användbart för att skapa ett register över klimatförändringar, och att hitta en ålder av gamla strukturer.

iskärnor och Varves

flera andra processer resulterar i ackumulering av distinkta årliga lager som kan användas för dating., Till exempel bildas skikt inom glaciärer eftersom det tenderar att vara mindre snöfall på sommaren, vilket gör att ett mörkt lager av damm ackumuleras ovanpå vintersnö (figur 11.23). För att studera dessa mönster borrar forskare djupt i isark och producerar kärnor hundratals meter långa. Forskare analyserar dessa iskärnor för att bestämma hur klimatet har förändrats över tiden, liksom att mäta koncentrationer av atmosfäriska gaser. De längsta kärnorna har hjälpt till att bilda en rekord av polärt klimat som sträcker sig hundratusentals år tillbaka.,

ett annat exempel på årliga lager är deponering av sediment i sjöar, särskilt de sjöar som ligger i slutet av glaciärer. Snabb smältning av glaciären på sommaren resulterar i en tjock, sandig deponering av sediment. Dessa tjocka lager växlar med tunna, lerrika lager deponerade under vintern. De resulterande lagren, kallade varves, ger forskare ledtrådar om tidigare klimatförhållanden., Till exempel kan en särskilt varm sommar resultera i ett mycket tjockt lager av sediment avsatt från smältglaciären. Tunnare varves kan indikera kallare somrar, eftersom glaciären inte smälter lika mycket och bär så mycket sediment i sjön.

jordens ålder

medan trädringar och andra årliga lager är användbara för dejting relativt senaste händelser, de är inte till stor nytta på den stora omfattningen av geologisk tid., Under 1700-och 1800-talet försökte geologer att uppskatta jordens ålder med indirekta tekniker. Till exempel mätte geologer hur snabba strömmar deponerade sediment, för att försöka beräkna hur länge strömmen hade funnits. Inte överraskande resulterade dessa metoder i väldigt olika uppskattningar, från några miljoner år till ”quadrillions of years”. Förmodligen producerades den mest tillförlitliga av dessa uppskattningar av den brittiska geologen Charles Lyell, som uppskattade att 240 miljoner år har gått sedan de första djurens utseende med skal., Idag vet forskare att hans uppskattning var för ung; vi vet att detta inträffade omkring 530 miljoner år sedan.

1892 beräknade William Thomson (senare känd som Lord Kelvin) jordens ålder på ett systematiskt sätt (figur 11.24). Han antog att jorden började som en boll av smält sten, som stadigt har svalnat över tiden. Från dessa antaganden beräknade han att jorden var 100 miljoner år gammal. Denna uppskattning var ett slag mot geologer och anhängare av Charles Darwins evolutionsteori, vilket krävde en äldre jord för att ge tid för evolutionen att äga rum.,

Thomsons beräkningar visade sig dock snart vara bristfälliga när radioaktivitet upptäcktes 1896. Radioaktivitet är tendensen hos vissa atomer att förfalla till lättare atomer, som avger energi i processen. Radioaktiva material i jordens inre ger en stadig värmekälla. Beräkningar av jordens ålder med radioaktivt sönderfall visade att jorden faktiskt är mycket äldre än Thomson beräknat.

radioaktivt sönderfall

upptäckten av radioaktivt material gjorde mer än motbevisa Thomsons uppskattning av jordens ålder., Det gav ett sätt att hitta den absoluta åldern av en sten. För att förstå hur detta görs är det nödvändigt att granska några fakta om atomer.

atomer innehåller tre partiklar: protoner, neutroner och elektroner. Protoner och neutroner ligger i kärnan, medan elektroner kretsar runt kärnan. Antalet protoner avgör vilket element du undersöker. Till exempel har alla atomer av kol sex protoner, alla atomer av syre har åtta protoner och alla atomer av guld har 79 protoner. Antalet neutroner är emellertid variabelt., En atom av ett element med ett annat antal neutroner är en isotop av det elementet. Till exempel innehåller isotopkol-12 6 neutroner i sin kärna, medan isotopkol-13 har 7 neutroner.

vissa isotoper är radioaktiva, vilket innebär att de är instabila och sannolikt kommer att förfalla. Detta innebär att atomen spontant kommer att förändras från en instabil form till en stabil form. Det finns två former av kärnförfall som är relevanta för hur geologer kan datera stenar (Tabell (11.,1):

partikel	sammansättning	effekt på kärnan
Alfa	2 protoner, 2 neutroner	kärnan innehåller två färre protoner och två färre neutroner.
Beta	1 elektron	en neutron sönderfaller för att bilda en proton och en elektron, som avges.

om ett element sönderfaller genom att förlora en alfapartikel, kommer det att förlora 2 protoner och 2 neutroner., Om en atom sönderfaller genom att förlora en betapartikel, förlorar den bara en elektron.

Så vad har detta att göra med jordens ålder? Radioaktivt sönderfall resulterar så småningom i bildandet av stabila dotterprodukter. Radioaktivt material förfaller till kända priser. När tiden går kommer andelen radioaktiva isotoper att minska och andelen dotterisotoper kommer att öka. En sten med en relativt hög andel radioaktiva isotoper är förmodligen mycket ung, medan en sten med en hög andel dotterprodukter förmodligen är mycket gammal.,

forskare mäter graden av radioaktivt sönderfall med en enhet som kallas halveringstid. Halveringstiden för en radioaktiv substans är mängden tid, i genomsnitt tar det för hälften av atomerna att förfalla. Tänk dig till exempel en radioaktiv substans med en halveringstid på ett år. När en sten bildas innehåller den ett visst antal radioaktiva atomer. Efter ett år (en halveringstid) har hälften av de radioaktiva atomerna förfallit för att bilda stabila dotterprodukter och 50% av de radioaktiva atomerna förblir., Efter ytterligare ett år (två halveringstider) har hälften av de återstående radioaktiva atomerna förfallit och 25% av de radioaktiva atomerna förblir. Efter det tredje året (tre halveringstider) kvarstår 12,5% av de radioaktiva atomerna. Efter fyra år (fyra halveringstider) kvarstår 6,25% av de radioaktiva atomerna, och efter 5 år (fem halveringstider) kvarstår endast 3,125% av de radioaktiva atomerna.

om du hittar en sten vars radioaktiva material har en halveringstid på ett år och mäter 3.125% radioaktiva atomer och 96.875% dotteratomer, kan du anta att ämnet är 5 år gammalt., Sönderfallet av radioaktiva material kan visas med ett diagram (figur 11.25). Om du hittar en sten med 75% av de radioaktiva atomerna kvar, om hur gammal är det?

radiometrisk Dating av stenar

i processen för radiometrisk dejting används flera isotoper hittills stenar och andra material. Med hjälp av flera olika isotoper hjälper forskare att kontrollera noggrannheten i de åldrar som de beräknar.,

Carbon Dating

jordens atmosfär innehåller tre isotoper av kol. Kol-12 är stabil och står för 98,9% Atmosfäriskt kol. Kol-13 är också stabil och står för 1,1% Atmosfäriskt kol. Kol-14 är radioaktivt och finns i små mängder. Kol-14 produceras naturligt i atmosfären när kosmiska strålar interagerar med kväveatomer. Mängden kol-14 som produceras i atmosfären vid en viss tidpunkt har varit relativt stabil genom tiden.

radioaktivt kol-14 sönderfaller till stabilt kväve-14 genom att frigöra en betapartikel., Kväveatomerna går förlorade i atmosfären, men mängden kol-14 sönderfall kan uppskattas genom att mäta andelen radioaktivt kol-14 till stabilt kol-12. Som en substans åldras minskar den relativa mängden kol-14.

kol avlägsnas från atmosfären av växter under fotosyntesprocessen. Djur konsumerar detta kol när de äter växter eller andra djur som har ätit växter. Därför carbon-14 dejting kan användas hittills växt-och djurrester. Exempel är timmer från en gammal byggnad, ben eller aska från en eldgrop., Kol dejting kan effektivt användas för att hitta en ålder av material mellan 100 och 50,000 år gammal.

kalium-Argon Dating

kalium-40 sönderfaller till argon-40 med en halveringstid på 1,26 miljarder år. Eftersom argon är en gas, kan fly från smält magma eller lava. Därför någon argon som finns i en kristall förmodligen bildas som ett resultat av sönderfallet av kalium-40. Att mäta förhållandet mellan kalium-40 och argon-40 ger en bra uppskattning av provets ålder.

kalium är ett vanligt element som finns i många mineraler som fältspat, glimmer och amfibol., Tekniken kan användas hittills magmatiska stenar från 100.000 år till över en miljard år gammal. Eftersom det kan användas hittills geologiskt unga material, har tekniken varit användbar för att uppskatta åldern av insättningar som innehåller ben av mänskliga förfäder.

uran-bly dejting

två isotoper av uran används för radiometrisk dejting. Uran-238 sönderfaller för att bilda bly-206 med en halveringstid på 4,47 miljarder år. Uran-235 sönderfaller för att bilda bly-207 med en halveringstid på 704 miljoner år.

uran-bly dejting utförs vanligtvis på kristaller av mineral zirkon (Figur 11.,26). När zirkon bildas i en magmatisk bergart, kristallerna lätt Acceptera atomer av uran men avvisa atomer av bly. Därför, om någon bly finns i en zirkonkristall, kan det antas att det producerades från sönderfallet av uran.

uran-bly dejting kan användas hittills magmatiska stenar från 1 miljon år till omkring 4,5 miljarder år gammal. Några av de äldsta klipporna på jorden har daterats med denna metod, inklusive zirkonkristaller från Australien som är 4,4 miljarder år gamla.,

begränsningar av radiometrisk dejting

radiometrisk dejting kan endast användas på material som innehåller mätbara mängder radioaktivt material och deras dotterprodukter. Detta inkluderar organiska rester (som jämfört med stenar är relativt unga, mindre än 100 000 år gamla) och äldre stenar. Helst kommer flera olika radiometriska tekniker att användas hittills samma sten. Överenskommelse mellan dessa värden indikerar att den beräknade åldern är korrekt.,

i allmänhet fungerar radiometrisk dejting bäst för magmatiska bergarter och är inte särskilt användbart för att bestämma åldern för sedimentära bergarter. För att uppskatta åldern för en sedimentär rockdeposition söker geologer efter närliggande eller interlayered igneous stenar som kan dateras. Till exempel, om ett sedimentärt bergskikt är inklämt mellan två lager av vulkanisk aska, är dess ålder mellan åldrarna av de två askskikten.

med hjälp av en kombination av radiometrisk dejting, indexfossil, och överlagring, har geologer konstruerat en väldefinierad tidslinje av jordens historia., Till exempel kan ett överliggande lavaflöde ge en tillförlitlig uppskattning av åldern för en sedimentär bergbildning på en plats. Indexfossil som finns i denna formation kan sedan matchas med fossiler på en annan plats, vilket ger en bra åldersmätning för den nya stenbildningen också. Eftersom denna process har upprepats över hela världen har våra uppskattningar av sten och fossila åldrar blivit mer och mer exakta.

Lektionssammanfattning

tekniker som överlagring och indexfossil kan berätta objektets relativa ålder, vilka objekt som är äldre och som är yngre., Andra typer av bevis behövs för att fastställa objektets absoluta ålder i år. Geologer använder en mängd olika tekniker för att fastställa absolut ålder, inklusive radiometrisk dejting, trädringar, iskärnor, och årliga sedimentära insättningar kallas varves.

radiometrisk dejting är den mest användbara av dessa tekniker—det är den enda tekniken som kan fastställa åldern på objekt äldre än några tusen år. Koncentrationerna av flera radioaktiva isotoper (kol-14, kalium-40, uran-235 och -238) och deras dotterprodukter används för att bestämma åldern på stenar och organiska rester.,

granska frågor

1. vilka fyra tekniker används för att bestämma objektets eller händelsens absoluta ålder?
2. ett radioaktivt ämne har en halveringstid på 5 miljoner år. Vad är åldern för en sten där 25% av de ursprungliga radioaktiva atomerna kvarstår?
3. en forskare studerar en bit tyg från en gammal begravningsplats. Hon bestämmer att 40% av de ursprungliga kol-14 atomerna förblir i tyget. Baserat på kolförfallsgrafen (figur 11.27), vad är den ungefärliga åldern på duken?
   

   Figur 11.,27: radioaktivt sönderfall av kol-14

4. vilka radioaktiva isotoper eller isotoper skulle du hittills använda var och en av följande objekt? Förklara var och en av dina val.
   • en 4 miljarder år gammal granit.
   • en miljon år gammal säng av vulkanisk aska som innehåller fotspår av hominider (mänskliga förfäder).
   • pälsen på en ullig mammut som nyligen återfanns frusen i en glaciär.
   • en fossiliserad trilobite återhämtade sig från en bädd av sandsten som är cirka 500 miljoner år gammal.,
5. principen om uniformitarionism säger att nutiden är nyckeln till det förflutna. Med andra ord fungerade de processer som vi ser hända idag förmodligen på ett liknande sätt tidigare. Varför är det viktigt att anta att radioaktivt sönderfall har varit konstant över tiden?

ordförråd

absolut ålder ett objekts ålder i år. alfa partikelpartikel bestående av två protoner och två neutroner som matas ut från kärnan under radioaktivt sönderfall., betapartikelpartikel bestående av en enda elektron som matas ut från kärnan under radioaktivt sönderfall. En betapartikel skapas när en neutron sönderfaller för att bilda en proton och den emitterade elektronen. dotterprodukt stabil substans som produceras genom sönderfall av en radioaktiv substans. Till exempel, uran-238 sönderfaller för att producera bly-207. halveringstid tid som krävs för hälften av atomerna i en radioaktiv substans att förfalla och bilda dotterprodukter. iskärncylinder av is extraherad från en glaciär eller istäcke., radioaktivt ämne som är instabilt och sannolikt avger energiska partiklar och strålning. radioaktivitet utsläpp av högenergipartiklar och/eller strålning av vissa instabila atomer. radiometrisk dejting Process att använda koncentrationerna av radioaktiva ämnen och dotterprodukter för att uppskatta åldern på ett material. Som ämnen ålder minskar mängden radioaktiva atomer medan mängden dottermaterial ökar. träd ring lager av trä i ett träd som bildas i ett år. Du kan bestämma åldern på ett träd genom att räkna sina ringar., varve tunt lager av sediment deponeras på en lakebed under loppet av ett år som vanligtvis finns på botten av glaciala sjöar.

pekar på

• Varför är tekniker som trädringar, iskärnor och varves endast användbara för händelser som inträffade under de senaste tusen åren?
• Varför var det så viktigt för Darwin och hans anhängare att bevisa att jorden var väldigt gammal?
• Varför är det viktigt att använda mer än en metod för att hitta åldern på en sten eller ett annat objekt?